Statistica: pacchetto last-minute

Formulari, i passaggi chiave del metodo per ogni argomento e 12 esercizi, con le soluzioni complete in fondo.

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1Formule e metodi

Statistica descrittiva

Media
x̄ = Σx/n
Deviazione standard campionaria
s = √(Σ(x − x̄)²/(n − 1))
Mediana
valore centrale dei dati ordinati
Punteggio z
z = (x − μ)/σ
Distribuzione normale
68% entro ±1σ, 95% entro ±2σ

Probabilità

Complementare
P(not A) = 1 − P(A)
Regola della somma
P(A ∪ B) = P(A) + P(B) − P(A ∩ B)
Eventi indipendenti
P(A ∩ B) = P(A)·P(B)
Probabilità condizionata
P(A|B) = P(A ∩ B)/P(B)
Binomiale
P(X = k) = C(n,k)·pk(1 − p)n−k

Distribuzione normale

Punteggio z
z = (x − μ)/σ
Sotto x
P(X < x) = Φ(z)
Sopra x
P(X > x) = 1 − Φ(z)
Tra due valori
Φ(z2) − Φ(z1)
Percentile
x = μ + z·σ

Metodo

  1. Converti il valore in un punteggio z: z = (x − μ)/σ.
  2. Cerca Φ(z), l’area a sinistra di z.
  3. Per l’area a destra usa 1 − Φ(z); per un intervallo sottrai le due aree a sinistra.
  4. Per un percentile procedi a ritroso: trova z per l’area, poi x = μ + z·σ.

Intervalli di confidenza

σ nota
x̄ ± z·σ/√n
σ incognita
x̄ ± t·s/√n, df = n − 1
z critico
90%: 1,645, 95%: 1,96, 99%: 2,576
Numerosità campionaria
n = (z·σ/E)², rounded up

Metodo

  1. Scegli tra z (σ della popolazione nota) e t (solo la s del campione, con n − 1 gradi di libertà).
  2. Trova il valore critico per il livello di confidenza.
  3. Margine di errore: E = valore critico × deviazione standard/√n.
  4. Intervallo: x̄ ± E.

Test d'ipotesi e intervalli di confidenza

Test z per una media
z = (x̄ − μ0)/(σ/√n)
Test t per una media
t = (x̄ − μ0)/(s/√n), df = n − 1
Bilaterale al 5%
rifiuta H0 se |z| > 1,96
Intervallo di confidenza
x̄ ± z·σ/√n

Metodo

  1. Formula H₀ e H₁ e stabilisci se il test è unilaterale o bilaterale.
  2. Calcola la statistica test: (x̄ − μ₀)/(σ/√n), oppure con s e t.
  3. Confrontala con il valore critico, oppure trova il p-value.
  4. Rifiuta H₀ se la statistica supera il valore critico (p inferiore ad α) ed esprimi la conclusione a parole.

Regressione lineare e correlazione

Somme dei quadrati
Sxx = Σ(x − x̄)² = Σx² − (Σx)²/n, Sxy = Σxy − ΣxΣy/n
Pendenza
b = Sxy/Sxx
Intercetta
a = ȳ − b·x̄
Correlazione
r = Sxy/√(SxxSyy)
Residuo
e = y − ŷ

2Esercizi

1.Statistica descrittivaMedia
3035404550

Trova la deviazione standard campionaria s dei dati: 42, 29, 50, 49, 42, 38.

n = 6
s =
2.Statistica descrittivaDifficile
z −2−1012

Una grandezza ha distribuzione normale con media 50 e deviazione standard 5. Quale proporzione P dei valori è inferiore a 57,5?

μ = 50σ = 5x = 57,5
P =
3.ProbabilitàMedia
n = 7k = 5N = ?

In quanti modi N si può scegliere un comitato di 5 persone da un gruppo di 7? L'ordine non conta.

n = 7k = 5
N =
4.ProbabilitàDifficile
n = 8, p = 0,6: P(X = 3) = ?k012345678

Un test ha 8 domande a risposta multipla. Una studentessa che tira a indovinare risponde correttamente a ciascuna con probabilità 0,6, in modo indipendente. Qual è la probabilità P di avere esattamente 3 risposte corrette?

n = 8p = 0,6k = 3
P =
5.Distribuzione normaleMedia
247,5254P = ?

Supponi che i pesi dei sacchetti abbiano una distribuzione normale con media 250 g e deviazione standard 5 g. Quale frazione è compresa tra 247,5 e 254 g? Dai P come numero decimale.

μ = 250σ = 5x1 = 247,5x2 = 254
P =
6.Distribuzione normaleDifficile
557085100115130145puntiin basso 90%

I valori di i punteggi del QI sono distribuiti normalmente con media 100 punti e deviazione standard 15 punti. Trascina la soglia in modo che il 90% più basso ombreggiato stia alla sua sinistra. Trova la soglia x.

μ = 100 puntiσ = 15 punti90%
x = punti
7.Intervalli di confidenzaMedia
x̄E₁ = 7,599%, n = 64x̄E₂ = ?99%, n = 16

Un intervallo di confidenza al 99% per una media, basato su 64 osservazioni e σ nota, ha un margine di errore di 7,5. Qual è il margine di errore E₂ se lo stesso studio usa invece 16 osservazioni?

99%n₁ = 64E₁ = 7,5n₂ = 16
E₂ =
8.Intervalli di confidenzaDifficile
σ = 24, n = ?x̄ − Ex̄ + Ex̄E = 499%

La deviazione standard della popolazione è 24. Quanto deve essere grande il campione n perché un intervallo di confidenza al 99 % per la media abbia un margine di errore non superiore a 4?

σ = 24E = 499%
n =
9.Test d'ipotesi e intervalli di confidenzaMedia
−2,2012,201t = ?df = 11

12 dipendenti svolgono un test di dattilografia prima e dopo un corso di formazione. Per ogni persona si registra la differenza d = dopo − prima (parole al minuto). La differenza media è 9,21 e la deviazione standard delle differenze è 11. Trova la statistica test per dati appaiati t per H₀: μd = 0.

n = 12d̄ = 9,21sd = 11
t =
10.Test d'ipotesi e intervalli di confidenzaDifficile
μ₀x̄c

Un test z unilaterale di H₀: μ = 80 contro H₁: μ < 80 viene eseguito con α = 0.05 su un campione di 64; la deviazione standard è nota e vale 8. In realtà la media è 78.6. Trova la potenza 1 − β del test in percentuale.

μ₀ = 80μ = 78,6σ = 8n = 64α = 0,05
1 − β = %
11.Regressione lineare e correlazioneMedia
xy184121502459276730823388xy202530406080

La tabella riporta 6 osservazioni appaiate di x = temperatura in °C e y = gelati venduti. Trova il coefficiente di correlazione di Pearson r.

n = 6
r =
12.Regressione lineare e correlazioneDifficile
xy143251351456563xy245060ŷ = 55

La tabella riporta 5 osservazioni appaiate di x = spesa pubblicitaria in k€ e y = vendite in k€. Usa la retta dei minimi quadrati ŷ = a + b·x. Per quale valore x la retta prevede ŷ = 55?

n = 5ŷ = 55
x =

3Soluzioni

1.Statistica descrittiva

Risposta: s = 7,711

Statistica descrittiva: la media è la somma divisa per n; la mediana è il valore centrale dei dati ordinati (la media dei due centrali se n è pari). La deviazione standard campionaria è s = √(Σ(x − x̄)²/(n − 1)). Un punteggio z = (x − μ)/σ dice a quante deviazioni standard dalla media si trova un valore.

Media

x̄ = 250/6 = 41,67

Scarti al quadrato

Σ(x − x̄)² = 0,3333² + (−12,67)² + 8,333² + 7,333² + 0,3333² + (−3,667)² = 297,3

Deviazione standard

s = √(297,3/5) = 7,711

Risposta

s = 7,711
2.Statistica descrittiva

Risposta: P = 0,9332

Statistica descrittiva: la media è la somma divisa per n; la mediana è il valore centrale dei dati ordinati (la media dei due centrali se n è pari). La deviazione standard campionaria è s = √(Σ(x − x̄)²/(n − 1)). Un punteggio z = (x − μ)/σ dice a quante deviazioni standard dalla media si trova un valore.

Standardizza

z = 1,5

Tavola della normale standard

Φ(1,5) = 0,9332
P = 0,9332

Risposta

P = 0,9332
3.Probabilità

Risposta: N = 21

Probabilità: con esiti equiprobabili, P(A) = casi favorevoli/casi possibili. Per eventi indipendenti si moltiplica: P(A e B) = P(A)·P(B). Il complementare aiuta spesso: P(almeno uno) = 1 − P(nessuno). Binomiale: in n prove indipendenti con probabilità di successo p, P(X = k) = C(n, k)·pᵏ·(1 − p)ⁿ⁻ᵏ.

Combinazioni

C(7, 5) = (7·6·5·4·3)/(5·4·3·2·1) = 21

Risposta

N = 21
4.Probabilità

Risposta: P = 0,1239

Probabilità: con esiti equiprobabili, P(A) = casi favorevoli/casi possibili. Per eventi indipendenti si moltiplica: P(A e B) = P(A)·P(B). Il complementare aiuta spesso: P(almeno uno) = 1 − P(nessuno). Binomiale: in n prove indipendenti con probabilità di successo p, P(X = k) = C(n, k)·pᵏ·(1 − p)ⁿ⁻ᵏ.

Formula binomiale

P(X = 3) = 56·0,63·0,45 = 56·0,216·0,01024 = 0,1239

Risposta

P = 0,1239
5.Distribuzione normale

Risposta: P = 0,4796

Distribuzione normale: trasforma un valore x in un punteggio z, z = (x − μ)/σ, che indica a quante deviazioni standard dalla media si trova. Una tavola z (o Φ(z)) dà l’area a sinistra di z, cioè P(X < x). L’area a destra è 1 − Φ(z), e l’area tra due valori è la differenza delle loro due aree.

Punteggi z

z₁ = (247,5 − 250)/5 = −0,5
z₂ = (254 − 250)/5 = 0,8

Area compresa

P = Φ(0,8) − Φ(−0,5) = 0,7881 − 0,3085 = 0,4796

Risposta

P = 0,4796
6.Distribuzione normale

Risposta: x = 119,2 punti

Da un’area a z: Φ(z) è l’area a sinistra di z. Per un’area di coda sinistra A, trova z con Φ(z) = A nella tabella. Un’area di coda destra A significa Φ(z) = 1 − A. Un’area centrale A tra −z e z lascia (1 − A)/2 in ciascuna coda, quindi Φ(z) = (1 + A)/2. Per un valore x, usa x = μ + zσ.

Area a sinistra

Φ(z) = 0,9

z dalla tabella

z ≈ 1,28

Di nuovo nelle unità originali

x = 100 + 1,28·15 = 119,2 punti

Risposta

x = 119,2 punti
7.Intervalli di confidenza

Risposta: E₂ = 15

Confidence interval for a mean: x̄ ± margin of error. With a known population σ the margin is z·σ/√n; with only the sample standard deviation s, use t with n − 1 degrees of freedom: t·s/√n. Critical values: z = 1,645 (90%), 1,96 (95%), 2,576 (99%). To get a margin E or smaller, you need n ≥ (z·σ/E)², rounded up.

Rapporto dei margini

E₂/E₁ = (2,576/2,576)·√(64/16) = 2

Nuovo margine

E₂ = 7,5·2 = 15

Risposta

E₂ = 15
8.Intervalli di confidenza

Risposta: n = 239

Intervallo di confidenza per una media: x̄ ± margine di errore. Con σ della popolazione nota il margine è z·σ/√n; se hai solo la deviazione standard campionaria s, usa t con n − 1 gradi di libertà: t·s/√n. Valori critici: z = 1,645 (90 %), 1,96 (95 %), 2,576 (99 %). Per ottenere un margine pari a E o inferiore serve n ≥ (z·σ/E)², arrotondato per eccesso.

Ricava n

n = (2,576·24/4)² = 238,9

Arrotonda per eccesso

La numerosità campionaria è un numero intero, e arrotondare per difetto renderebbe il margine troppo grande.

n = 239

Risposta

n = 239
9.Test d'ipotesi e intervalli di confidenza

Risposta: t = 2,9

Testing a mean: the test statistic measures how many standard errors the sample mean lies from the value claimed in H₀: z = (x̄ − μ₀)/(σ/√n) when σ is known, t = (x̄ − μ₀)/(s/√n) when it is estimated from the sample. A confidence interval is x̄ ± (critical value)·(standard error).

Errore standard della differenza media

SE = 11/√12 = 3,175

Statistica test

t = 9,21/3,175 = 2,9

Risposta

t = 2,9

Con df = 11, il valore critico bilaterale al 5% è 2,201; |t| è maggiore, quindi H₀ viene rifiutata.

10.Test d'ipotesi e intervalli di confidenza

Risposta: 1 − β = 40,32 %

Potenza di un test: la potenza = 1 − β è la probabilità di rifiutare H₀ quando è falsa. Trova la soglia x̄c da μ₀ e z_α, poi calcola la probabilità di cadere oltre x̄c usando la media vera: z = (x̄c − μ)/(σ/√n).

Media campionaria critica

SE = 8/√64 = 1
x̄c = 80 − 1,645·1 = 78,36

z sotto la media vera

z = (78,36 − 78,6)/1 = −0,245

Potenza

potenza = P(Z < −0.245) = 40.32%
1 − β = 40,32%

Risposta

1 − β = 40,32%
11.Regressione lineare e correlazione

Risposta: r = 0,9952

Regressione ai minimi quadrati: con x̄ e ȳ le medie, Sxx = Σ(x − x̄)², Syy = Σ(y − ȳ)² e Sxy = Σ(x − x̄)(y − ȳ), la retta ŷ = a + b·x ha pendenza b = Sxy/Sxx e intercetta a = ȳ − b·x̄, quindi passa sempre per (x̄, ȳ). Il coefficiente di correlazione di Pearson r = Sxy/√(Sxx·Syy) è compreso tra −1 e 1; r² è la frazione della variabilità di y spiegata dalla retta.

Medie

x̄ = 153/6 = 25,5
ȳ = 387/6 = 64,5

Somme dei quadrati e dei prodotti

Sxx = Σ(x − x̄)² = 157,5
Sxy = Σ(x − x̄)(y − ȳ) = 508,5
Syy = Σ(y − ȳ)² = 1658

Coefficiente di correlazione

r = 508,5/√(157,5·1658) = 0,9952

Risposta

r = 0,9952
12.Regressione lineare e correlazione

Risposta: x = 3,489

Regressione ai minimi quadrati: con x̄ e ȳ le medie, Sxx = Σ(x − x̄)², Syy = Σ(y − ȳ)² e Sxy = Σ(x − x̄)(y − ȳ), la retta ŷ = a + b·x ha pendenza b = Sxy/Sxx e intercetta a = ȳ − b·x̄, quindi passa sempre per (x̄, ȳ). Il coefficiente di correlazione di Pearson r = Sxy/√(Sxx·Syy) è compreso tra −1 e 1; r² è la frazione della variabilità di y spiegata dalla retta.

Medie

x̄ = 15/5 = 3
ȳ = 264/5 = 52,8

Somme dei quadrati e dei prodotti

Sxx = Σ(x − x̄)² = 10
Sxy = Σ(x − x̄)(y − ȳ) = 45

Retta di regressione

b = 45/10 = 4,5
a = 52,8 − 4,5·3 = 39,3
ŷ = 39,3 + 4,5·x

Risolvi per x

x = (55 − 39,3)/4,5 = 3,489

Risposta

x = 3,489

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